物像几何关系难以精确测量的CT重建方法研究

CT image is reconstructed from a series of projections of an object by specialized algorithms. No matter what type of the imaging mode and algorithm, the accurate geometry parameters between object and image are needed. In practice, many factors cause we cannot get accurate geometric parameters. Most of the existing methods are pre-estimating some parameters by scanning standard phantoms. These methods supposed that geometric parameters in CT system are repeatable. However, in many high resolution CT systems, such as Electronics Inspection CT, Synchrotron Radiation Nano-CT, Cryo-electron Tomography, geometric parameters are unrepeatable, even could change in different views. Therefore, how to realize the real-time estimation of geometric parameters is a very important problem for the high resolution CT. The project will study CT reconstruction algorithm which based on projection matching relations. The algorithm can correctly estimate the parameters between object and image in each view. The results will be applied to research and development of electronics inspection.

CT图像是由一系列被测物的二维透视图像，通过某些特定的重建算法所重建的。因此，无论何种成像模式，何种重建算法，都需要精确获取物像之间的几何参数。实际应用中众多因素导致不能准确获得CT扫描时的几何参数。现有方法大多采用扫描标准模体，预先估计CT系统几何参数的方法。该类方法假定了CT系统几何参数是可重复的，然而对于电子封装检测的板状物显微CT，基于同步辐射的纳米CT，冷冻电子CT等高分辨CT系统，"几何参数可重复"的假设不再成立，甚至在一次CT扫描过程中，不同投影角度下的几何参数都可能会发生变化。因此，如何实时估计系统几何参数成为高分辨CT重建的关键问题。本项目将针对CT扫描过程中，系统几何参数可能发生变化的情况，研究物像几何参数自动匹配的CT重建算法；并将研究成果用于电子封装检测的板状物显微CT设备的研制。

X射线CT的图像重建过程是由一系列被测物的透视图像，通过某些特定的重建算法，重建被测物体线性衰减系数的空间分布。然而无论那种类型的CT系统，无论何种成像模式，无论何种重建算法，都需要依据不同投影角度下，投影图像与被测物体之间的投影几何关系。然而X射线CT系统的物像几何关系难以精确测量，尤其是对于高分辨的CT系统，甚至在CT扫描过程中，不同投影角度下的几何参数都可能会发生变化。如何克服物像几何参数误差的影响，是研发高端微纳米CT设备的关键核心技术。本项目针对物像几何关系难以精确测量的问题，研究相应的物像几何参数自动匹配的CT重建算法，并将其应用于电子封装检测设备的研发和基于同步辐射的纳米CT重建软件的开发。.经过本项目成员4年的共同努力，顺利完成了本项目主要研究内容和目标，在物像几何参数估计，电子封装板状物的有限角伪影校正，纳米CT系统的几何参数估计，高分辨光耦合探测器设计等关键理论和技术问题方面取得了一批重要成果。项目执行期间，项目组共发表SCI论文6篇，中文应用性论文1篇，申请发明专利5项，实用新型1项，软件著作权1项。项目负责人张慧滔以及主要参与人朱溢佞、陈德峰、邓世沃获得2017年教育部科技进步二等奖，排名分别为第4、第2，第5，第7。基于本项目的研究成果，项目组开发电子封装X射线检测设备样机一台，样机的CT三维空间分辨率达到1微米。项目组开发了基于同步辐射的平行束CT重建软件一套。基于本项目成果项目组正在与上海光源、北京同步辐射合作开发基于同步辐射的纳米CT成像系统。项目组的四项发明专利进行成果转化，转化金额20万元整。相关技术为国防工业解决了一些重要的无损检测问题，也为企业创造了很好的经济价值。